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硫代作用对基于PNDIT2的聚合物太阳能电池性能的影响

DOI：10.1021/acs.jpcc.8b11935 期刊：The Journal of Physical Chemistry C 出版年份：2019 更新时间：2025-10-22 19:40:53
摘要： 近年来，全聚合物太阳能电池发展迅速，近期已实现超过11%的功率转换效率（PCE）。n型聚合物PNDIT2（又称N2200或P(NDI2OD-T2)）被广泛应用于光伏和场效应晶体管领域。当与能级匹配的给体材料配对时，PNDIT2器件效率超过10% PCE，由其制备的有机场效应晶体管迁移率超过1 cm2/Vs。通过将NDI基团中的亚胺氧原子替换为硫原子（即硫代反应），可提升NDI类小分子的场效应晶体管性能。本研究将此策略应用于PNDIT2，探究2S-trans构型硫代处理对PTB7-Th给体聚合物全聚合物太阳能电池性能的影响。以原始PNDIT2聚合物为参照制备电池，获得4.85%的优化效率。受合成条件限制未能获得完全转化的2S-trans样品，因此研究了1S与2S-trans硫代比例递增的批次（15:85、7:93和5:95）。随着硫代程度增加，硫代PNDIT2器件的光伏参数系统性下降，最终效率仅达0.84%、0.62%和0.42% PCE。性能下降归因于硫代PNDIT2相中π-π堆叠有序性降低，导致电子迁移率下降和相分离细化。掠入射广角X射线散射、透射电镜、光致发光猝灭、瞬态光电流分析及SCLC测量结果均支持该结论。
作者： Kira Rundel，Younghun Shin，Anthony Sidney Richard Chesman，Amelia C. Y. Liu，Adam Welford，Lars Thomsen，Michael Sommer，Christopher R. McNeill
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究硫代化对基于PNDIT2的聚合物太阳能电池性能的影响。

研究成果

对高性能受体聚合物PNDIT2进行硫代处理会导致开路电压（VOC）和短路电流密度（JSC）系统性降低。这种性能退化归因于硫代聚合物较低的载流子迁移率以及形貌与分子堆积方式的差异。硫代处理破坏了π-π堆叠结构，硫代共混物中受体相的结晶有序度下降，进而导致电子迁移率显著降低。

研究不足

由于合成限制，无法制备出完全转化为2S-反式构型的样品。随着硫代化程度的增加，硫代聚合物的光伏参数呈现系统性下降，导致器件效率降低。

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